時間:2023-05-30 09:36:17
開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創(chuàng)造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇化學計量在實驗中的應用,希望這些內容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
要點一:五個新的化學符號
1.物質的量:衡量一定數目粒子集體的物理量,符號為n。注意事項:①摩爾(mol)是物質的量的單位,只能用來衡量微觀粒子,如原子、分子、離子、電子、質子、中子等。②用物質的量表示粒子時,要指明粒子的種類。
2.阿伏加德羅常數:1mol任何物質所含的粒子數,符號為NA。注意事項:NA的單位為mol-1,讀作每摩爾,NA≈6.02×1023mol-1。
3.摩爾質量:單位物質的量物質所具有的質量,符號為M。注意事項:①一種物質的摩爾質量以g·mol-1為單位時,在數值上與其相對原子質量或相對分子質量相等。②一種物質的摩爾質量不隨其物質的量變化而變化。
5.物質的量濃度:單位體積溶液中所含某溶質B的物質的量,符號為c。注意事項:①公式中的V必須是溶液的體積;溶質或者氣體溶解在1L水中,所得溶液的體積肯定不是1L。②某溶質的物質的量濃度不隨所取溶液體積的多少而變化。
要點四:溶液中溶質的濃度表示方法
要點五:一定物質的量濃度溶液的配制
1.配制時使用的儀器有托盤天平(固體溶質)、量筒(液體溶質)、一定容積的容量瓶、燒杯、玻璃棒、膠頭滴管等。
2.配制的步驟:①檢漏,即檢查容量瓶是否漏水。②計算溶質的量(若為固體,計算所需固體的質量;若為濃溶液,計算所需液體的體積)。③稱取(或量取)。④溶解。⑤轉移。⑥洗滌。⑦定容。⑧搖勻。
3.注意事項:①不能配制任意體積的一定物質的量濃度的溶液,這是因為容量瓶的容積是固定的,沒有任意體積規(guī)格的容量瓶。②溶液轉移至容量瓶前需恢復到室溫,這是因為容量瓶受熱易炸裂,同時溶液溫度過高會使容量瓶膨脹影響溶液配制的精確度。③用膠頭滴管定容后再振蕩,振蕩后發(fā)現液面底于刻度線時,不要再加水,這是因為振蕩時有少量溶液沾在瓶頸上還沒完全回流,若此時又加水,會使所配溶液的濃度偏小。④如果加水定容時超出了刻度線,不能將超出部分再吸走,應重新配制。⑤如果搖勻時不小心灑出幾滴,不能再加水至刻度線,必須重新配制,這是因為所灑出的幾滴溶液中含有溶質,再加水會使所配溶液的濃度偏小。⑥將溶質溶解后轉移至容量瓶時,必須用少量蒸餾水將燒杯及玻璃棒洗滌2~3次,并將洗滌液一并倒入容量瓶中,這是因為燒杯及玻璃棒會沾有少量溶質,只有這樣才盡可能地把溶質全部轉移到容量瓶中。
參考答案與提示:1.D提示:KCl的溶解度隨溫度的升高而增大,由此知其較高溫度下飽和溶液的濃度應大于低溫度下飽和溶液的濃度,A正確。經計算B也正確。因為KCl溶液的濃度越大密度也越大,所以20℃時,密度小于1.174g·cm-3的KCl溶液一定是不飽和溶液,C正確。D項,最終還是20℃時的飽和KCl溶液,濃度、密度都不變。2.B提示:A項,取的樣品質量偏小,使所配溶液濃度偏小;B項,因在定容時還要加入一定量的蒸餾水,故容量瓶中有蒸餾水不會影響所配溶液的濃度;C項,定容時仰視會導致加水量偏大,所配溶液濃度偏小;D項,加水量過多,使所配溶液濃度偏小。
本文介紹了拉曼光譜和利用化學計量學方法處理拉曼光譜的過程,簡述了拉曼光譜應用于紡織纖維檢測的可行性,最后介紹了本單位在應用拉曼光譜和化學計量學進行纖維檢測方向的初期研究成果。
關鍵詞:拉曼光譜;化學計量學;纖維檢測
1 拉曼光譜的簡介
印度物理學家C.V.Raman于1928年發(fā)現拉曼光譜并因此榮獲諾貝爾物理獎。自此以后,拉曼光譜作為一種分子級別的物質結構分析手段被廣泛應用。特別是在20世紀60年代后,隨著高通量激光光源的產生、微弱信號檢測技術的提高、化學計量學的高速發(fā)展和計算機的普及,拉曼光譜分析技術在很多領域得到了大力發(fā)展[1]。
拉曼散射是光照射到物質上發(fā)生的非彈性散射所產生的。單色光的入射光子與分子相互作用時可發(fā)生彈性碰撞和非彈性碰撞。彈性碰撞中,光子與分子之間沒有能量交換,碰撞的發(fā)生只改變了光子的方向而不改變光子的頻率,這種碰撞方式也稱為瑞利散射。而非彈性碰撞過程中,光子不僅僅改變運動方向,同時光子的一部分能量傳遞給分子,或者分子的振動、轉動能量傳遞給光子,從而改變了光子的頻率,這種散射過程稱為拉曼散射[2]。拉曼散射光和瑞利光的頻率之差值稱為拉曼位移。拉曼位移就是分子振動或轉動頻率,與入射頻率無關,而與分子結構有關。拉曼光譜與紅外光譜類似,同屬于散射光譜中的一種,其信號來源于分子的振動與轉動。但紅外光譜與分子振動時的偶極矩變化相關,而拉曼散射則是分子極化率變化的結果。分子結構分析中,拉曼光譜與紅外光譜是相互補充的[2, 3]。
拉曼光譜是一種振動光譜,與物質自身的結構相關,拉曼光譜技術對樣品無接觸、無損傷,測試前無須特殊前處理過程,可提供快速、簡便無損傷的定性定量分析。在分析研究領域,拉曼光譜與其他分析方法相比,還具有以下的突出優(yōu)點[4-6]:
(1)無損、快速、無污染。拉曼光譜是一種純粹的光學檢測方法,其分析過程無須制樣、不破壞樣品、不產生污染;分析過程快速,重現性好。
(2)檢測靈敏度較高。新開發(fā)的激光拉曼分析技術和多種聯用拉曼光譜技術,如顯微拉曼光譜技術、表面增強拉曼光譜技術等,大大提高了拉曼光譜的探測靈敏度。
(3)不受水的影響。由于水的拉曼散射很微弱,適合含水樣品的測試,對含水樣品來說是非常理想的分析工具。
(4)高分辨率。拉曼光譜譜峰清晰尖銳,適合定量研究、數據庫搜索以及運用差異分析進行定性研究。在化學結構分析中,獨立的拉曼區(qū)間的強度可以和功能集團的數量相關。
2 國內外拉曼光譜技術發(fā)展狀況及其在紡織纖維檢測中的應用
隨著拉曼光譜技術的迅速發(fā)展以及與化學計量學的緊密結合,拉曼光譜越來越多地被應用于過程監(jiān)控、反應機理研究、材料分析等方面[7]。拉曼光譜技術除了應用于眾多的科研項目外,還被廣泛應用于醫(yī)藥、環(huán)境、食品、寶石鑒定等快速分析檢測領域。康頤璞等[8]利用電解法制備銀膜,使用在氯霉素拉曼光譜中,可快速檢測出食品中殘留的對人體骨髓有重大傷害的氯霉素。陶家友等[9]直接測量居室環(huán)境中的甲醛分子產生的拉曼光譜,快速測定了密閉環(huán)境中的甲醛濃度,為揮發(fā)性有機物的快速、準確檢測提供了一種新方法。馬寒露等[10]使用便攜式拉曼光譜儀,結合化學計量學的方法,較好地鑒別了蘋果汁中摻入梨汁的造假行為,建立了鑒別方法,為其他摻偽問題的解決提供了借鑒。
除了上述的分析檢測領域,紡織品纖維成分定性鑒別和定量分析也是拉曼光譜分析技術應用的另一熱點。棉、麻、毛、絲等大多數天然纖維及再生纖維素纖維等都具有較顯著的吸濕性能,一小部分合成纖維的吸濕性能也較顯著,若應用紅外光譜法進行檢測,須進行一定的前處理才能得到較好的結果,而由于拉曼光譜對水分子不敏感,且擁有上述優(yōu)點,拉曼光譜不需要繁瑣的前處理過程,被視為未來紡織纖維材料檢測的一種新手段。喬西婭等[11]通過直接測取織物、紗線或纖維的激光拉曼光譜,結合光譜預處理技術與特征峰提取、匹配識別方法定性鑒別了滌綸、腈綸、錦綸、粘膠等纖維,并利用94份測試樣品驗證了其算法的有效性。吳儉儉[12]等針對當前纖維定性鑒別方法存在的缺點,開發(fā)拉曼光譜定性鑒別方法,通過對紡織纖維原始拉曼譜圖的特性分析、光譜預處理等得到了信噪比更高的標準拉曼譜圖,建立了拉曼譜圖特征表數據庫,初步驗證了拉曼光譜定性分析纖維紡織材料的可行性。
3 化學計量學在拉曼光譜中的應用
拉曼光譜技術引入分析化學領域以來,以其獨特的優(yōu)勢吸引了分析化學家的注意。拉曼光譜雖從實驗中較易得到,但其反映的分子振動信息是以一種復雜的形式加和在一起,因此給拉曼光譜的解析帶來了很大困難。隨著化學計量學的引入,大大地降低了提取物質相關信息的難度,使拉曼光譜分析技術的應用范圍得到了拓寬。為了得到有效的拉曼光譜,使所建的模型穩(wěn)健可靠,有足夠的預見性,在進行數據分析前須對實驗所得到的拉曼光譜進行預處理,預處理過程包括信號平滑和背景扣除兩部分。
3.1 拉曼光譜的信號平滑算法
拉曼光譜獲取的過程中,由于拉曼散射效應信號微弱、儀器自身設計和操作者水平等原因,采集得到的拉曼光譜或多或少都會存在噪聲。噪聲是無用信息,還會對有效信息造成干擾。噪聲可分為三類:第一類是沒有規(guī)律的,與測量技術和環(huán)境影響相關,多次測量疊加后取平均值時噪聲沒有線性增加,可通過增加測量次數提高信噪比;第二類是有規(guī)律的,隨著測量次數的增加,噪聲也增加;第三類是前兩種的結合,即無規(guī)律噪聲。拉曼光譜中某些樣品的光譜漂移就是第三類情況。化學計量學上常用信號平滑來消除隨機噪聲,提高信噪比。信號平滑算法主要有窗口移動多項式最小二乘擬合[13-16]、窗口移動中位數[17, 18]、快速傅里葉變換、懲罰最小二乘[19]、小波系數收縮[20]等算法。
3.2 拉曼光譜的背景扣除算法
對拉曼光譜影響最大的背景,就是熒光響應,為了有效地提取數據信息進行多變量定性定量分析,在預處理時要先將無用的背景扣除。扣除背景分為硬扣除和軟扣除兩種。硬扣除指的是改進實驗儀器性能或操作條件,如更換波長更大的激發(fā)光源、對不同的樣品采取不同的試驗條件等;軟扣除指的是利用化學計量學方法扣除拉曼光譜的熒光背景,常用于扣除背景的算法有手動線性背景擬合法[21]、不對稱最小二乘法[22]、全自動背景扣除算法[23]和自適應迭代重加權懲罰最小二乘算法[24]等。
3.3 聚類與分類算法(定性鑒別)
在光譜預處理完成后,就對數據進行分類,也就是常說的定性鑒別,在化學計量學上稱這種方法為聚類與分類法。聚類是研究樣品分類問題的一種統計分析方法。拉曼光譜數據通過化學計量學方法進行聚類或者分類分析建立模型,對新測定的樣品數據進行已知類樣本模型比對,以預測位置樣品的類歸屬。聚類與分類算法常有以下幾種算法:主成分分析[25]、偏最小二乘線性判別式分析、偏最小二乘判別分析[26]等。
3.4 回歸分析(定量分析)
在定性鑒別完成后,可以進一步對樣品進行定量分析。化學計量學常用回歸分析算法進行定量計算,就是根據聚類與分類的結果,對數據信號進行深入處理,建立一個數據回歸規(guī)律模型,以對其他未知數據進行定量分析,概括來講就是用一個函數來表示應變量和自變量之間的關系。回歸分析按照其自變量的多少,可以分為一元回歸分析和多元線性回歸分析;按照自變量和應變量的關系可以分為線性回歸和非線性回歸。不論是何種回歸分析,基本都包含以下步驟:回歸模型的建立、模型參數的求解、模型的評價、能很好模擬實測數據的模型選擇、根據自變量對新樣品的進一步預測。常用的回歸算法有主成分回歸[27, 28]、偏最小二乘回歸[29]和支持向量回歸[30]。
4 應用前景及研究進展
當前,分析測試技術受到越來越多的關注與重視,隨著各種新型材料的出現,傳統的檢測手段在一定程度上難以適應新的要求。目前行業(yè)內常用的纖維鑒別方法有顯微鏡觀察法、燃燒法、化學溶解法等,但這些方法耗時長,不適宜現場快速鑒定。而拉曼光譜是反映分子極化率變化與振動信息的一種散射光譜,不同的紡織纖維具有不同的拉曼光譜特征,可以利用這些特征結合其他定性鑒別的方法區(qū)分纖維種類。
本單位以開發(fā)床上用品纖維成分現場檢驗鑒定技術為目的,利用美國必達泰克公司(B&W Tek, Inc.)的便攜式拉曼光譜儀i-Raman EX對超過1000個純棉、純滌樣品進行測試。全部樣品譜圖通過Matlab進行信號平滑和背景扣除的數據預處理。通過對各種預處理方法的比較,我們認為運用自適應迭代重加權懲罰最小二乘算法對樣品數據進行預處理可以得到最大限度保留樣本光譜有效信息的數據,棉和滌綸的拉曼光譜圖如圖1和圖2所示。
圖1 預處理前(左)后(右)純棉樣品拉曼譜圖
圖2 預處理前(左)后(右)滌綸樣品拉曼譜圖
預處理之后的光譜包含有織物的特征信息,我們將大量的數據混合后通過主成分分析、偏最小二乘線性判別式分析、偏最小二乘判別分析等聚類與分類計算,嘗試將它們分類,也就是我們常說的纖維成分定性。我們發(fā)現運用主成分分析法能很好地將純棉和純滌的混合光譜聚類分離,如圖3所示,紅色表示純棉樣品,黑色表示純滌樣品。結果表明,運用主成分分析方法,能將光譜的有效信息充分區(qū)分,并直觀顯示出來。主成分分析非常適合用對紡織纖維進行定性分析。
圖3 300個純棉、純滌混合樣品主成分分析圖
化學計量學方法是拉曼光譜檢測技術應用發(fā)展的重要推動力量,其與拉曼光譜檢測技術的結合對紡織纖維的快速、無損檢測有著至關重要的作用。隨著數據分析的進一步深入,拉曼光譜技術將從紡織纖維的定性鑒別應用階段跨入定量檢測應用階段,估計在不久的將來,以拉曼光譜為核心技術的紡織纖維定性定量分析標準將會誕生。
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根據學校的,結合現在的教育思想與教育方針,努力完成實習期間的工作任務。
二:工作任務
1.高一年級化學必修1教材課堂教學,每周四節(jié)。
2.十月中旬的校運動會。
3.學校十一月初的期中考試。
三:教學目標
1.突出化學學科的特點,培養(yǎng)學生的動手能力。
2.啟迪智慧,陶冶情操,提高動手和分析問題的能力。
3.增強學生對化學學習的興趣,掌握化學科目的基本技能和基礎知識。
4.大致了解我國優(yōu)秀化學家及其貢獻。
四:學生情況分析
1.學生處于由初中到高中的過渡期,有很多東西要慢慢適應,比如學習方法,生活節(jié)奏等,我們不能急于求成,要給他們時間。
2.學生對的學習興趣不大,好多觀點不全面。
3.上課紀律不是很好,總是有人睡覺
五:教學措施
1.高一年級的教材課堂教學主要以優(yōu)化課堂的教與學過程,以培養(yǎng)學生的興趣為主,以達到提高學生的學習積極性。
2.互相滲透,融洽教材中各局部內容,改變枯燥又單一的課型。
3.注意導入局部的設計,以“引趣”貫穿整個課堂教學過程。
4.及時與學生溝通,解決問題。舉行主題班會,讓學生自己主持和參與,在旁引導就好。
七:具體布置
現在講的是化學計量在實驗中的應用,實習期間應該可以講到離子反應,我們要做到上講臺前充分準備,認真?zhèn)湔n,做好試講環(huán)節(jié),把握關鍵的上課這一環(huán)。最后把教學的情況落實,及時檢查學生完成練習的情況,了解學生學習中的普遍問題,詳細講解。對個別同學的單獨問題,也要有耐心的一對一解決。班級問題要班干及時把班級情況和問題反饋給我,對癥下藥,盡快解決。最后希望自己有一個圓滿的實習。
[關鍵詞]學案導學;概念教學
化學概念原理是高中化學新課程的重要組成部分。要從教材、教學大綱、新課標等多個角度深入思考,教師才能對高中化學概念原理教學有著更深的認識。本文以人民教育出版社出版的實驗教科書化學必修1第一章第二節(jié)《化學計量在實驗中的應用》為例談談我的認識。
首先,新教材更注重概念的形成過程。
新課程中是讓老師給學生一些素材、實驗或是經驗,讓學生根據這些來歸納、綜合、抽象,然后總結出概念,注重概念的形成過程,讓學生慢慢體會著學習。要在概念原理的形成過程中培養(yǎng)學生的認知發(fā)展,教給學生學習方法。例如在摩爾質量的教學中我設計的導學案如下:
導學案 第2課時 物質的量的單位――摩爾(二)
[學習目標]
1.掌握摩爾質量的概念,了解摩爾質量與相對原子質量的區(qū)別和聯系
2.能熟練運用摩爾質量的概念,并能進行有關摩爾質量的計算
3.掌握物質的量、物質的微粒數、物質的質量、摩爾質量的關系
[學習重點]物質的量、物質的微粒數、物質的質量、摩爾質量的關系
[學習?探究區(qū)]
填寫下面的表格,看是否可以從這些數據中得出有用的結論。
高中化學必修課程概念原理教學具有主題覆蓋面較廣、教學要求較淺、與選修模塊構成螺旋上升的特點。化學1與化學2強調全面性和基礎性,所以它在這里面安排較多的內容目的是為學生學習后面的內容奠定一個比較堅實、全面的基礎。對于高一學生而言,通過復習加深初中化學的基本概念和基本理論,使學生的初高中知識實現平穩(wěn)的過渡,也讓學生的知識發(fā)展有了一個連續(xù)性。
物質的量、摩爾質量、阿伏伽德羅常數均是中學化學中十分重要的基本概念,在生產和科學研究中有重要的應用。物質的量是中學化學計算的中心,本節(jié)對于培養(yǎng)學生的化學計算技能和構成中學化學計算體系,有著不可忽視的啟蒙作用。所以,關于物質的量的教學,不僅是本章的重點,也是整個高中化學教學的重點之一。摩爾質量與相對原子(或分子)質量的聯系可以借助初中學習的相對原子質量的概念推理出來,只有做好初高中知識的銜接,才能適應學生認知發(fā)展規(guī)律。這部分內容概念多且較抽象,理論性強,教學難度較大,計算多,實用性強,能力要求高。限于高一學生的接受能力,很難對這部分內容理解透徹。因此在教學中,我采取以下教學策略:
1、學案導學、 引入概念
2、小組研討、分析概念
3、講練結合、完善概念
4、遷移應用、 提升概念
根據學校的工作計劃,結合現在的教育思想與教育方針,努力完成實習期間的工作任務。
二:工作任務
1.高一年級化學必修1教材課堂教學,每周四節(jié)。
2.十月中旬的校運動會。
3.學校十一月初的期中考試。
三:教學目標
1.突出化學學科的特點,培養(yǎng)學生的動手能力。
2.啟迪智慧,陶冶情操,提高動手和分析問題的能力。
3.增強學生對化學學習的興趣,掌握化學科目的基本技能和基礎知識。
4.大致了解我國優(yōu)秀化學家及其貢獻。
四:學生情況分析
1.學生處于由初中到高中的過渡期,有很多東西要慢慢適應,比如學習方法,生活節(jié)奏等,我們不能急于求成,要給他們時間。
2.學生對的學習興趣不大,好多觀點不全面。
3.上課紀律不是很好,總是有人睡覺
五:教學措施
1.高一年級的教材課堂教學主要以優(yōu)化課堂的教與學過程,以培養(yǎng)學生的興趣為主,以達到提高學生的學習積極性。
2.互相滲透,融洽教材中各局部內容,改變枯燥又單一的課型。
3.注意導入局部的設計,以“引趣”貫穿整個課堂教學過程。
4.及時與學生溝通,解決問題。舉行主題班會,讓學生自己主持和參與,在旁引導就好。
七:具體布置
現在講的是化學計量在實驗中的應用,實習期間應該可以講到離子反應,我們要做到上講臺前充分準備,認真?zhèn)湔n,做好試講環(huán)節(jié),把握關鍵的上課這一環(huán)。最后把教學的情況落實,及時檢查學生完成練習的情況,了解學生學習中的普遍問題,詳細講解。對個別同學的單獨問題,也要有耐心的一對一解決。班級問題要班干及時把班級情況和問題反饋給我,對癥下藥,盡快解決。最后希望自己有一個圓滿的實習。
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2011年春季學期學校工作計劃2010-2011學年度第二學期學校工作要點
【關鍵詞】 淀粉酶;標準化;動力學法
α-淀粉酶(ΑMS,EC3.2.2.1)的升高見于急性胰腺炎,流行性腮腺炎等疾病,急性胰腺炎時,血和尿中的a-淀粉酶(AMS)活性顯著增高。其測定方法很多,尚難以標準化,由于測定原理和底物性質的不同,淀粉酶的測定方法已超過200種以上[1]。各實驗室間α-淀粉酶測定值離散度較大,對室間和室內質評的開展極為不利,也給臨床資料的交換和臨床診斷帶來困難,現分析如下。
1 α-淀粉酶測定的價值
-淀粉酶來源于多種器官:胰淀粉酶由胰腺產生并釋放到腸道中,唾液淀粉酶由唾液腺合成并分泌到唾液中。血液中的淀粉酶由腎臟清除并經尿液排泄。因此,尿液淀粉酶活性上升反映了血清淀粉酶活性的升高。-淀粉酶是將淀粉降解為麥芽糖的水解酶類。急性胰腺炎發(fā)作患者在腹痛開始后的幾小時內,血液淀粉酶活力升高,約12 h后達到峰值;并至少在5 d后活力回復至參考范圍內。由于多種非胰腺疾病如腮腺炎、腎功能不全等也會引起 檢測血清、尿液中 -淀粉酶的升高。其升高程度低于急性胰腺炎發(fā)作時。急性胰腺炎是一種急腹癥,必須及時做出正確的診斷和鑒別診斷。1929年Elman等發(fā)現血清淀粉酶升高對診斷急性胰腺炎有價值,使診斷有了可靠的客觀指標,淀粉酶的測定使成為急性胰腺炎最常用的比較準確的診斷方法,尿淀粉酶測定因標本易采集,而被作為急性胰腺炎首選的檢查項目[2]。一般而言,尿淀粉酶活力較正常高出2倍以上才有意義,年齡性別對酶活力無影響,胸、腹水測定淀粉酶也常被臨床上作為診斷依據。血液和尿液中的淀粉酶活性,并不一定成平行關系。一般認為血液中淀粉酶活性反應正確、敏感,但在急性胰腺炎時,血液淀粉酶上升為一過性,易造成誤診、漏診、而相對尿液淀粉酶出現高值往往時間較長。血液和尿液同時測定對急性胰腺炎的診斷和鑒別診斷具重要的價值。
2 方法學比較
由于測定原理和底物性質的不同,淀粉酶的測定方法已超過200種以上。這些方法可歸納為二類:天然淀粉底物方法和(分子組成)確定底物方法。以天然淀粉為底物的測定方法,如淀粉分解法、糖化法和色素淀粉法等。由于天然淀粉分子結構的不確定,故不同植物來源的淀粉和不同批號的淀粉,其分子結構和化學性質不盡相同,因此難以達到方法學標準化,測定誤差大。目前除碘?淀粉法外,這類方法已被淘汰。使用(分子組成)確定的淀粉酶底物和輔助酶與指示酶組成的淀粉酶測定系統,可以改進酶反應的化學計量關系,能更好地控制和保持酶水解條件的一致性。這些底物有小分子寡聚糖(含3~7個葡萄糖單位)和對?硝基苯酚?糖苷等。其中,麥芽戊糖和麥芽四糖是極好的淀粉酶底物,試劑穩(wěn)定,水解產物確定,化學計量關系明確。目前市售試劑盒就有好幾種,以寡聚糖為底物的淀粉酶測定系統[1]。常用的碘-淀粉比色法,方法雖簡單,但重復性不好,酶反應線性差,測定范圍窄,高單位時往往誤差較大[3],常困擾著臨床的診斷與鑒別診斷,國內外專家在這方面做了大量的探討[4-6]。碘量法中的碘比色法因底物難以標準化,反應不成零級反應等缺點而被認為不是理想方法,但因其簡單、快速、靈敏和價廉而在國內應用較廣。糖化法因受內源性GLU的干擾,熒光法需特殊儀器,染料稀釋法中的染料淀粉需離心分離等缺點,均被認為不是理想方法。染料釋放法中的另一類以染料與可溶性限定底物結合的方法,近年來得到不斷的發(fā)展主要表現為人工合成的底物分子結構明確,穩(wěn)定性顯著提高[7],這類方法變成了推薦方法,其方法為動力法,隨著生化分析儀的普及,此方法得以實施,已成為目前α-淀粉酶測定方法的主流。由于多學科新技術在干化學領域相互滲透,結合干化學分析有了長足的發(fā)展,干化學法在臨床生化檢驗中得以應用推廣。該法具有簡便、快速、試劑保存時間長、干擾因素少等優(yōu)點,而成為急診生化檢驗的又一新方法。干化學是指將液體檢測樣品直接加樣到干燥試劑片上,以被測樣品的水分作為溶劑所引起的特定的化學反應,從而進行化學分析的方法,是以酶法為基礎的一類分析方法。就淀粉酶干片而言,其方法也來源于染料稀釋法。它是由上至下分為上層載片、涂片層、試劑層、支持物和下層載片五層,粘合成一個簿片,試劑層中的活性試劑是染色的支鏈淀粉和一種媒染劑,其他成分包括顏料,粘合劑和表面活性劑。將標本加在載片上,圖片層均勻擴散,此層含有染色淀粉,染色淀粉與標本中的淀粉酶作用,水解成小分子的染色糖類,該糖類擴散至下面的試劑層形成很強的顏色復合物,在固定保溫期后,測定來自有色層的反射光量,從而得出淀粉酶的濃度[8]。干化學法由于大家的認知程度,儀器價格,試劑價格等諸多因素還不能推廣。
3 結論與展望
我國地域廣闊、人口眾多、經濟發(fā)展還很不平衡,有不少貧窮地區(qū),所以很難在短時間內普及動力法淀粉酶測定。干化學法,濕化學法,比色法并存的現象還需持續(xù)一段時間。干化學發(fā)與濕化學法許多專家學者的探討具有很好的相關性[9]。隨著干化學技術與配套儀器的日益成熟,干化學分析必將得到越來越廣泛的推廣應用,在急診生化檢側中發(fā)揮其應有的作用。
參 考 文 獻
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【關鍵詞】誤差控制;化學分析;準確度
化學分析是根據定量化學反應的計量關系,對待測組分進行分析測試的過程。化學分析過程經常包含多個繁瑣的步驟,往往需要經過一系列的復雜操作步驟才能得到化學分析的測試數據。這其中,分析方法、分析過程、儀器與試劑精度、實驗條件等方面都會對測量結果產生影響,并導致誤差產生。本文從誤差來源、誤差控制、分析實驗室質量保證、綜合評價質量保證等方面對化學分析中的誤差的產生進行討論,并提出控制誤差的方法。
1.化學分析中的誤差來源
1.1分析方法選擇不當
化學分析結果的準確度首先取決于分析方法的選擇和及方法對樣品的適用性[1]。通常化學分析法適用于常量分析,用于微量分析時得到的數據比用儀器分析得到的結果較差。即便是我們常量成分的分析,化學分析方法也會產生較大的誤差,如在滴定過程中,由于反應進行得不完全,化學計量總和滴定終點不相符合,以及由于條件沒有控制好和發(fā)生副反應等原因,都會引起系統的測定誤差。因此,根據實際情況,選擇適當的分析方法和適用的樣品顯得十分重要。
1.2分析過程中實驗人員操作不當
由于實驗人員操作不當或經驗不足而引起的分析誤差,屬于系統誤差,這類誤差在實驗過程中可以重復出現。例如,在實驗過程中不考慮試樣的具體情況而盲目取樣,就會造成樣品的代表性不強。又比如,在試樣處理過程中因使用了不適合的溶劑,導致溶樣不全或溫度控制不當,造成加熱溶解過程中被測組分損失。在滴定終點時,對指示劑變色的判斷不夠敏銳,在讀取滴定管內液體體積時,眼睛沒有平視,忽高忽低,滴定管尖端的氣泡排除不好,造成讀數偏大或偏小等,這些都是實驗人員操作不當引起的誤差。
1.3儀器或試劑不合格
儀器或試劑不合格引起的誤差也屬于系統誤差[2],例如使用的天平的靈敏度達不到工作要求,祛碼質量不準確,容量瓶、滴定管的刻度未經過核正檢定等,又如蒸餾水和試劑的純度不夠,使用了過期的標準溶液等均可產生儀器或試劑誤差。
1.4實驗環(huán)境條件發(fā)生變化
實驗環(huán)境條件變化引起的誤差是隨機誤差屬于不可測誤差。一般情況下,實驗室的環(huán)境條件主要指溫度和相對濕度。例如在測定試樣時對天平室的溫度和濕度有一定要求,如果溫度偏低、濕度較大,就會導致天平的生銹以及測試樣品在稱量過程中吸收水分而引起一定的稱量誤差。測定油漆時對環(huán)境條件的要求也比較苛刻。另外環(huán)境溫度變化對滴定管中溶液的體積會產生不可忽視的影響,容量儀器一般在20℃下進行校準,但實際使用時的溫度往往不在20℃,從而使滴定管中液體的體積產生誤差。
2.化學分析實驗過程中的誤差的控制
化學分析實驗過程中的誤差的控制工作必需貫穿于分析工作的始終,包括取樣、樣品處理、方法選擇、測量過程、實驗記錄、數據檢查、數據的統計分析,直到分析結果的表達等。
2.1取樣的質量保證
完成一項定量分析的任務,分析結果能否反映樣品組成的真實水平,其過程要受到很多環(huán)節(jié)的影響,不僅依賴于分析方法本身,而且與實驗室儀器、標準對照物質及操作人員的技術水平等多種因素有關[3]。要保證檢驗數據準確、可靠、不僅需要對實驗室內的諸多因素進行控制,而且需要有一種量化的指標來說明和保證分析結果可靠。其中試樣的采集和制備是定量分析工作中的重要環(huán)節(jié),直接影響試樣的代表性和分析結果的可靠性。因此,除了根據試樣的性質、含量和分析結果對準確度要求來選擇合適的分析方法和認真仔細操作以外,還要注意測定前的試樣采集和處理工作。
2.2定量分析的過程
取樣后,樣品的定量分析過程,一般有樣品的處理與分解、干擾組分的分離與待測組分富集、分析測定等幾個環(huán)節(jié)所組成。
取樣最重要的是要使取樣具有代表性,對于各類的試樣采集的具體操作方法可參閱國家標準和相關的行業(yè)標準。
試樣的處理和分解分解要完全,不能有損失,分解過程中使用的試劑中絕不能含有被測組分和引入其他的干擾雜質。
分離和富集對于基體成分復雜,以及待測組份濃度較低的樣品,為減小測量誤差,統稱需要進行分離、富集步驟。①分離:將干擾組分分離出去(被測組分含量高時);②富集:將被測組分分離出去(被測組分含量低時)。
分析測定應根據待測組分的性質、含量和對分析結果準確度的要求,選擇合適的分析方法。
2.3分析結果數據處理的可靠性
分析結果的計算及評價,按照化學反應的化學計量關系進行計算,并對測定結果及其誤差分布情況應用統計學的方法進行評價[4]。分析結果數據處理既包括實驗數據的取舍,有包括有效數字運算規(guī)則,分析數據的統計處理等。
在消除了系統誤差后,所測得的數據出現顯著的特大值或特小值,這樣的數據是值得懷疑的。在分析實驗中,已然知道某測定值是操作中的過失所造成的,應立即將此數據棄去。如找不出可疑值出現的原因,不應隨意棄去或保留,而應按照數理統計(如4d法、Q檢驗法、Grubbs法)的方法來取舍。
總之,化學分析實驗過程中控制誤差,提高分析準確度的方法常以減小測量誤差來保證分析結果的準確度;增加平行測定次數,減小隨機誤差;采用對照試驗檢驗系統誤差,以空白試驗、儀器校準,其他方法校正的方法消除系統誤差。
3.分析實驗室質量保證
分析結果的準確性、精密性在實驗室內分析測試。因此分析實驗室質量控制和質量保證顯得尤為重要[5-6]。質量保證工作不僅是一項具體的技術工作,而且也是一項實驗室管理工作。通過質量保證工作,應當使分析測試工作不斷完善。質量保證工作不但能確保測量結果可靠,而且能達到提高工作效率,降低成本消耗。所以要注意分析中的質量保證和質量控制。
3.1分析實驗室質量保證
質量保證的任務就是把所有的誤差其中包括系統誤差、隨機誤差,甚至因疏忽造成的誤差減少到預期水平。質量保證的核心內容包括兩方面,一方面對從取樣到分析結果計算的分析全過程采取各種減少誤差措施,進行質量控制;另一方面采用行之有效方法對分析結果進行質量檢驗和評價,及時發(fā)現分析過程中問題,確保分析結果的準確可靠。分析數據只有代表性、準確度、精密度、可比性和完整性,才是正確可靠的,也才能在使用中具有權威性和法律效力。
3.2分析實驗室質量控制
一般要求測試人員技術能力要保證,儀器設備維護管理及定期檢查,實驗室應具備必要的基礎條件。正確地選擇分析方法,進行質量控制基礎實驗,建立實驗分析質控程序、常規(guī)質量控制技術并完成質控圖,最后進行各類質量控制技術的比較。應根據不同的目的,選用不同的質量控制技術,使得分析的全過程都處在質量受控的狀態(tài),一個給定系統對分析測試所得數據質量的要求限度還和其他一些因素有關,如分析速度等。這個限度就是在一定置信概率下,所得到的數據能達到一定的準確度與精密度,而為達到所要求的限度所采取的減少誤差的措施的全部活動就是分析實驗室質量控制。
3.3實驗室間質量控制
實驗室間誤差控制是指由外部有工作經驗和技術水平的第三方或技術組織,對各實驗室及其分析工作者進行定期或不定期的分析質量考查的過程。這項工作常由上級部門發(fā)放標準試樣在所屬實驗室之間進行比對分析,也可用質控樣以隨機考核的方式進行實際試樣的考核,以檢查各實驗室數據的可比性及是否存在系統誤差,檢查分析誤差是否受控,分析結果是否有效。
4.綜合評價質量保證
綜合分析評價工作在質量保證中具有特殊地位,直接影響到分析成果及分析效益的發(fā)揮[7]。
4.1分析數據的表述
為了便于對原始數據進行分析和解釋,通常使用表格和圖件表示分析數據。對分析數據圖表的要求是用最少的圖表數量來獲取最豐富的質量信息;在每一種具體圖表中,盡可能反映多種信息;圖表的格式應統一規(guī)定,以利于不同層次的信息交流;圖表的種類應滿足數據分析和解釋工作的需要。
4.2分析數據的概括
分析數據概括的主要方法有頻數分布概括法、中心趨勢法、分散度法和空問概括法等。
4.3分析數據的分析
分析數據分析主要有完整性分析、數據分布規(guī)律分析、數據的時間序列分析、對照環(huán)境條件分析和變化趨勢分析等。
4.4分析數據的解釋
分析數據的解釋就是在數據分析的基礎上,對分析結果表明的意義進行解釋和說明。分析數據的解釋必須結合不同分析目的來進行。
4.5分析結果綜合評價
分析結果的綜合評價是在對各種分析數據資料歸納、分析和解釋的基礎上。對分析成果的一個更高層次的宏觀概括,分析實驗室的建立標志分析系統的建立,但分析質量并未確定,還要控制分析系統的數據質量、分析方法質量、分析體系質量、實驗室供應、實驗室環(huán)境條件、標準物質等參數的誤差,以將系統各類誤差降到最低,這種為獲取可靠分析結果的全部活動,就是分析質量控制與保證,要確保分析結果準確、可靠,不僅要選擇合適的分析方法,還要減少測量誤差,通過增加平行測定的次數來降低隨機誤差,更要消除系統誤差,通過分析化學中的質量保證和質量控制可以把所有的誤差減小到預期的水平。
參考文獻
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作者簡介
關鍵詞:學生;綠色化學;高中化學
一、綠色化學教育的重要意義
《普通高中化學課程標準(實驗)》前言部分明確提出:“化學是解決人類社會發(fā)展過程中面臨的有關問題,提高人類的生活質量、促使人與自然和諧相處等方面發(fā)揮著重要的作用。” 為了實現這一目標,化學工作者通過長期的總結與研究提出了“五 R”標準(減量 Reduce、重復使用 Reuse、循環(huán)利用 Recycling、拒用 Reject、再生 Regeneration)和十二條應用原則(防止污染優(yōu)于污染治理;提高原子經濟性;盡量減少化學合成中的有毒原料、產物,設計安全的化學品; 使用無毒無害的溶劑和助劑;合理使用和節(jié)省能源;利用可再生資源代替消耗性資源合成化學品;減少不必要的衍生化步驟;采用高選擇性催化劑優(yōu)于使用化學計量助劑;產物的易降解性;發(fā)展分析方法,對污染物實行在線監(jiān)測和控制;減少使用易燃易爆物質,降低事故隱患)。綠色化學的核心內涵是在反應過程中和化工生產中,盡量減少或徹底消除使用和產生有害物質。綠色化學能很好體現人與自然和諧相處這一思想,而歷年的高考題也往往體現綠色化學的思想。因此,中學開展綠色化學教育與研究具有其重要的意義。
二、綠色化學理念的滲透主要有以下的幾種途徑
(1)原子利用率的問題。原子利用率是指化學反應中目標產物的摩爾質量與化學反應式中按計量所得物質的摩爾質量之和的比值。(高中教材定義為:期望產物的總質量與生成物總質量之比)按照綠色化學的原則,最理想的“原子經濟”就是反應物的原子全部轉化為期望的最終產物,這時的原子利用率是100%。
高中化學在必修二第四章最后一節(jié)的內容中以生成環(huán)氧乙烷為例講述了原子利用率的概念及應用價值,書中分別用兩種不同的途徑經由乙烯來制取環(huán)氧乙烷,分別為氯代乙醇法和銀催化法。前者經由兩步進行,除生成環(huán)氧乙烷外還有CaCl2和水等副產物,而銀催化法則可由氧氣和乙烯一步反應制得。學生可以清晰理解原子利用率的含義并準確地應用,并做到由此及彼,可以自己或在老師的指導下總結出原子利用率高的反應類型,深化固化知識點。
(2)能源問題。“能源危機”一詞在現今的社會總出現的頻次在逐漸遞增,合理的開發(fā)和利用能源也是高中綠色化學教育理念的又一重要內容。
①能源的綜合利用。能源與人類的生產生活密不可分,在目前能源危機越來越嚴重的情況下,能源的綜合高效利用顯得尤為重要。高中化學階段對能源高效利用的要求是掌握煤、石油和天然氣等化石燃料的綜合利用。學生要從物理(例如簡單的粉碎或變溫分餾)和化學(能源深加工)兩方面熟練掌握能源的綜合利用,建立起簡約高效的原則,并培養(yǎng)以簡約高效為原則的實驗設計和操作能力,從而體現綠色化學理念在高中教學中的滲透。
②替代能源的開發(fā)。依靠能源的綜合利用僅能暫緩能源緊缺的問題,因此除了對常用化石燃料高效的利用之外,還需其他的途徑來解決日益緊張的能源問題。由于化石燃料均屬于不可再生資源,資源在慢慢地耗竭,替代能源的需求就越來越多。要培養(yǎng)學生建立完整的綠色化學理念,就要求學生要掌握常見的替代能源。替代能源是指以新開發(fā)利用的能源替代以往長期使用、目前廣泛使用的能源。當今狹義上是指一切可以替代石油的能源,廣義上是指可替代化石燃料的能源,包括太陽能、核能、風能、海洋能等。
(3)清潔生產問題。清潔生產的定義為生態(tài)產業(yè)和生態(tài)工程中一類生產方式。而高中化學對清潔生產的要求主要體現在實驗設計上,包括原料為無毒無害的可再生資源、產物為環(huán)境友好產品(安全、能降解、可再利用)、應用無毒無害的催化劑、應用無毒無害的溶劑等。如元素化合物章節(jié)制備硝酸銅實驗設計為例,兩種途徑分別是銅與濃硝酸反應直接制取以及銅在氧氣作用下生成氧化銅再與硝酸作用而生成硝酸銅。在理解了清潔生產理念之后,學生就不難理解第二種方法才是安全可行的。此外,清潔生產理念還可以幫助學生推導位置的反應現象及原理。作為高中階段的化學學習由于知識點范圍的界定,使學生對于某些反應的理解有著一定的局限性,但可通過基礎原理而推測未知的結果。
(4)環(huán)境污染。環(huán)境污染問題也是高中化學綠色化學理念一個重要方面,無論在必修還是選修教材中都有不少的篇幅來說明講解,其內容貫穿整個無機和有機反應。
①常見的有毒氣體。高中對有毒氣體都有明確的講解,如氯氣、二氧化氮、二氧化硫等。此類物質如果任由排放到大氣中,會造成嚴重的環(huán)境污染。教師要引導學生了解各種污染源的來源、污染原理以及污染危害,以便通過化學的方法將可能存在的污染源阻斷或治理已形成的污染。高中實驗中最常考查的是尾氣處理問題,主要包括處理藥品以及處理裝置。因此,實驗時除了體現防止污染環(huán)境之外,還要體現實驗安全性原則,這是綠色化學思想的綜合應用。
②水體污染也是環(huán)境污染的一項重要方面。高中階段的考查主要體現在氮磷富營養(yǎng)化以及重金屬污染的防治方面。其中,重金屬污染考查的頻次更高,要求學生了解常見污染離子及特性,并根據各離子自身性質和綠色化學理念合理選擇適當的除雜試劑,做到除去雜質且不引入新雜質,盡量做到回收再利用,簡約、安全、高效。
以上綠色化學理念無論是未來的生產生活中還是在高中階段的化學學習過程中,對高中生而言都具有重要的意義。因此,教師要樹立起綠色化學的意識,在日常授課過程中有意識地將綠色化學理念以各種形式滲透到各化學教學環(huán)節(jié)中去,使學生建立起高效安全生產和環(huán)境保護意識。
參考文獻:
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[2]蘇豪.新課程背景下開展綠色化學的教育途徑[J].數語外學習,
1教學設計
1.1設計理念
以學生為中心,以自主探究為主線,打破傳統教學模式,研究提出自主探究式教學模式,注重解決問題的方式、方法、過程,讓學生自主發(fā)現問題、體驗問題、直面問題,提高學生自主解決問題的能力。
1.2教學目標
1.2.1知識與技能
(1)了解物質的量濃度概念及應用。
(2)掌握配制一定物質的量濃度溶液的操作方法與技能。
1.2.2過程與方法
(1)通過設計和完善一定物質的量濃度溶液的配制過程,提高實驗設計能力;
(2)通過探究、總結,培養(yǎng)學生設計實驗方案和選擇實驗儀器的能力。
1.2.3情感態(tài)度與價值觀
(1)在問題探究過程中,養(yǎng)成良好的解決問題的積極的態(tài)度。
(2)在設計完成實驗的過程中感受自主學習的快樂和成功的喜悅,增強學生對學習的反思和自我評價能力。
1.3教學重難點
(1)重點:物質的量濃度的概念、一定物質的量濃度溶液的配制方法。
(2)難點:一定物質的量濃度溶液的配制方法。
1.4教學思路與教學過程
1.4.1思路
在科學實驗及工農業(yè)生產中經常要用到溶液,在初中化學中介紹了用溶質的質量分數來表示溶液的組成。而在實際取用溶液時,為了方便往往不是稱量它的質量,而是量取它的體積。在化學反應中,各種物質之間的物質的量之比可直接由化學方程式中的化學計量數得出。如果知道了一定體積的溶液中所含的溶質的物質的量,對于計算化學反應中各物質之間量的關系是非常便利的,對生產和科學研究也有重要意義。
1.4.2推導
質量分數(%)=溶質的質量(g)溶液的質量(g)×100%
溶質的質量溶質的物質的量,溶液的質量溶液的體積,得出一個新的表示溶液組成的物理量——物質的量濃度。
2教學過程
2.1基本概念
(1)定義:以單位體積溶液里所含溶質B的物質的量來表示溶液組成的物理量 ,叫做溶質B的物質的量濃度。
(2)符號:CB。
(生)根據物質的量濃度的定義,探討CB的數學表達式及單位。
(3)數學表達式:CB=nBV
(4)常用單位:mol/L 或 mol/m3。
2.2鞏固練習
(1)用0.5 molNaOH配成500 ml溶液,其濃度為 mol/L,取出5 ml該溶液,其濃度為mol/L。
(2)要配制250 ml 0.4 mol/L的NaCl 溶液需要NaCl的質量是多少?
師評講:設置問題情境,推進學生思維發(fā)展。
提出問題:現在假設給出了5.85 g的NaCl,下面怎樣才能配制出250 ml 0.4 mol/L的NaCl 溶液呢?
學生自由討論:自主發(fā)揮想象,激發(fā)學習熱情。
師:從NaCl 溶液組成來看,得到這樣的溶液,需要5.85 g的NaCl和一定量的水,最后溶液的總體積達到250 ml。根據已有數據,能否計算得出所需水的量?
生:不能。
師:那么,怎樣才能得到250 ml溶液呢?
生討論:在一種帶有刻度的容器中加入5.85 g的NaCl和一定量的水,最后溶液的總體積達到250 ml即可。
師:目前,我們所知的帶有刻度的容器有哪些?
生:燒杯、試管、量筒等。
師:用這些容器來配制250 ml的溶液,是否準確、恰當?燒杯口徑太大,使得溶液的體積不精確。試管、量筒 口徑太小,容量太小,不能滿足實際需求。
根據燒杯、試管、量筒幾種容器的特點,你們能否自己設計出符合這個實驗需求的容器?它應該具有什么樣的特點?
生:仔細思考,設計出細頸(便于精確標定體積)、大肚(容量大)、平底(便于放置)這樣一個初具容量瓶特點的容器。
教師及時給予肯定,維護學生的創(chuàng)造熱情。展示:1只250 ml容量瓶。
生:觀察容量瓶結構,思考其上所標的20 ℃的意義。
師:這樣一種容器,正符合大家的設計理念,我們把它稱作容量瓶。它的細頸上有250 ml的刻度線,大肚上標有250 ml和20 ℃的字樣。大家能解釋所標20 ℃的意義嗎?
生:20 ℃指的是室溫條件。物質的體積會受到溫度的影響——熱脹冷縮。
教師總結、強調:由于物質的體積會受到溫度的影響——熱脹冷縮,所以為了使溶液體積較為精確,加入容量瓶的溶液必須是20 ℃左右。
2.3歸納總結
(1)一定物質的量濃度溶液的配制所需主要儀器為容量瓶,其特點為:①形狀:細頸,梨形,平底的玻璃瓶;②構造:瓶上標有容積,溫度,頸部標有刻度線;③常用規(guī)格:100 ml,250,500 ml,1000 ml等。
(2)使用容量瓶之前要檢查是否漏水,方法為:
加水倒立觀察瓶塞旋轉180 ℃倒立觀察。
(3)容量瓶只能用作配制的量具,不能在其中直接溶解或稀釋固體或濃溶液,不能將熱的溶液倒入,不能作為反應器,也不能長期存放溶液。
3一定物質的量濃度溶液的配制
確定了所需NaCl的量和合適的容器,下面具體該如何操作呢?能不能向容量瓶中直接加入5.85 g的NaCl和一定量的水,使溶液的總體積標到250 ml呢?
生:不能/能。
教師鼓勵學生積極爭辯,可適當給出提示:物質的溶解過程多伴隨熱量的變化。
生:應該把NaCl先在小燒杯中溶解,待溫度恢復至室溫(20 ℃左右),再裝入容量瓶中,最后加水至刻度線即可。
師:那么,怎樣才能使所配溶液的濃度盡可能精確呢?
生:NaCl的量稱量要準確;盡可能全部裝入容量瓶中。水的量:體積標定要精確。
師:鼓勵學生根據以上討論,初步設計實驗步驟:計算稱量溶解轉移洗滌定容。
師:對大家的設計給予肯定,鼓勵一名學生根據大家設計的實驗步驟,動手操作實驗。
在學生操作過程中,適時提出問題:①加多少的水溶解為宜?
②怎樣轉移溶液才不容易把溶液灑到外面?
③怎樣才能使容量瓶中的溶液濃度比較均勻?
完成操作,其余學生評價。根據以上學生操作,完善配制步驟。
3.1配制流程
一定物質的量濃度溶液的配制主要步驟:
(1)計算:n(NaCl)=0.4 mol/L×0.25 L=0?1 mol,
則m(NaCl)=0.1 mol×58.5 g/mol=5.85 g。
(2)稱量:(復習天平的使用)。
(3)溶解:在燒杯中用適量蒸餾水使之完全溶解(注意:應冷卻,不可在容量瓶中溶解)。
(4)轉移: 用玻璃棒引流。
(5)洗滌:移入250 ml容量瓶,洗滌燒杯和玻璃棒2~3次。
(6)定容:加水到接近刻度1~2 cm時,改用膠頭滴管加水到刻度。
(7)搖勻。
(8)裝瓶:裝入試劑瓶,貼標簽。
學生思考:①定容時俯視或仰視刻度線,對溶液的濃度有何影響?
②如何從上述0.4 mol/L的NaCl 溶液獲得0.1 mol/L的NaCl 溶液?
師生共同分析、總結:
俯視刻度線,實際加水量未到刻度線,使溶液的物質的量濃度增大;仰視刻度線,實際加水量超過刻度線,使溶液的物質的量濃度減小。
3.2課內練習
欲配制1 mol/L的氫氧化鈉溶液250 ml,完成下列步驟:
(1)用天平稱取氫氧化鈉固體 g。
(2)將稱好的氫氧化鈉固體放入中加蒸餾水將其溶解,待后將溶液沿移入 ml的容量瓶中。
(3)用少量蒸餾水沖洗次,將沖洗液移入中,在操作過程中不能損失點滴液體,否則會使溶液的濃度偏(高或低)。
(4)向容量瓶內加水至刻度線時,改用小心地加水至溶液凹液面與刻度線相切,若加水超過刻度線,會造成溶液濃度,應該。
(5)最后蓋好瓶蓋,,將配好的溶液移入中并貼好標簽。
3.3小結
(1)物質的量濃度與溶液中溶質的質量分數一樣,都是用來表示溶液組成的,但在應用中物質的量濃度有很多方便之處。在實際應用中還有其它的表示溶液組成的方法。
(2)物質的量濃度=溶質的物質的量(mol)溶液的體積(L)
(3)配制物質的量濃度溶液的操作步驟:計算、稱量(或量取)、溶解、轉移、洗滌、定容、搖勻(儲存)。
3.4課后作業(yè)
(1)某同學用容量瓶配制溶液,加水時不慎超過了刻度線,他把水倒出一些,重新加水至刻度線。這種做法是否正確?這樣做會造成什么結果?
(2)配制250 ml 0.2 mol/L的Na2SO4 溶液,需要固體Na2SO4的質量是多少?簡述操作步驟。
4教學反思與設計論證
4.1巧妙引入主題消除畏難情緒
從整體上來說,“化學計量在實驗中的應用”是高中化學學習中的一大難點。前面的兩個課時里分別介紹了物質的量的單位——摩爾和氣體摩爾體積,對于多數學生來說已經感到了很大的壓力,產生了消極情緒。物質的量濃度這一課時內容,和前兩課時的內容相比,難度有所降低,但又具有重要的實用意義,故而在教學中應利用這一契機,消除學生消極情緒,不宜盲目加大教學難度。在前面的學習中,學生已經“被接受”了諸如“物質的量、摩爾、摩爾質量、氣體摩爾體積”等新名詞,所以在引入“物質的量濃度”這一物理量時,以學生現有的知識和能力為基礎,通過巧妙轉化將新知識展現給學生,消除學生意識上的畏難情緒,使學生易于接受、樂于接受。本文中通過復習學生熟悉的溶質的質量分數,指出實際應用中的不方便,進而巧妙將溶質的質量替換為溶質的物質的量,將溶液的質量替換為溶液的體積,自然而然得出物質的量濃度的數學表達式,進而給出定義。教學過程簡單、流暢,學生很容易接受。
4.2在教學中彰顯學科特點培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)
《化學》是一門以實驗為基礎的自然科學,化學教學的目的不僅僅是讓學生掌握一定的科學知識,更應該是通過引導學生積極參與科學探索過程,培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng),使其逐漸具備自主學習、自主探索的能力。
教材P16(普通高中課程標準實驗教科書)中實驗1-5“一定物質的量濃度溶液的配制”在以往的教學中,往往由教師直接演示,學生觀察,通過記憶,甚至背誦來掌握配制步驟,學生的設計、操作技能得不到發(fā)展。運用自主探究模式設計這部分內容的教學,引導學生思考:①所需溶液的組成,,②容量瓶上20 ℃的意義,③怎樣使溶液濃度較為精確等問題。通過討論初步確定實驗步驟,然后讓學生嘗試操作,在實踐中發(fā)現問題,解決問題,進一步完善設計方案。通過這樣的反復參與、練習,學生可形成穩(wěn)定、積極的科學素養(yǎng)。
5結束語
響應素質教育要求,樹立學生的主體地位傳統意義上的所謂教學就是教師將自己擁有的知識傳授給學生。教師主宰課堂,學生學的過程就是教師知識復制的過程,教師教多少,學生就學多少,教師不教,學生就不會學,學生不是學習的主體而是機械的模仿。在這樣的課堂上,“雙邊活動”就變成了“單邊活動”,學生完全是被“教會”的,而不是“學會”的,學生談不上掌握了什么學法和技能。
(安徽工業(yè)職業(yè)技術學院 安徽 銅陵 244000)
摘要:探討高職《分析化學》定量分析的教學方法,從物質中含量測定的準確性要求出發(fā),提出定量分析“準” 字是該課程的教學靈魂,為了實現“準” 字,從儀器、水、試劑、方法、操作、數據六個方面加以論述和提出要求,并始終貫穿于理論和實踐教學中。
關鍵詞 :高職;分析化學;定量分析
中圖分類號:G712 文獻標識碼:A 文章編號:1672-5727(2014)01-0106-03
“分析化學”是高職應用化工技術專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課,學好這門課對學生畢業(yè)從事化學檢驗工及相關工作起著十分關鍵的作用。教好這門課,教師必須把握這門課的靈魂所在。“分析化學”包括定性分析和定量分析兩部分,高職“分析化學”只講述定量分析部分。定量分析是測定物質中有關成分的含量。含量測定的準確與否就是測定值與真實值的接近程度,也就是誤差。其靈魂所在,就是一個 “準” 字,它始終貫穿于理論和實踐教學中。
筆者在教學中始終圍繞著“準”這個中心從以下方面來組織教學,以“準”為目標開展以任務驅動的教學方法和教學設計。“準”體現的幾個方面,如圖1所示。
儀器
知識要點 分析中的儀器包括兩大類儀器,即儀器分析的儀器(通常為儀器分析的主要設備,如分光光度計、氣相液相色譜儀、原子吸收光譜儀等等,該儀器為真正意義上的儀器,其使用主要依據儀器操作規(guī)程和使用說明,必要的技能還有化學分析中的標準溶液的配制)和化學分析中的一般儀器。化學分析中的儀器包含玻璃儀器和天平等儀器,按照用途可分為計量儀器和一般儀器。計量儀器有準確計量物質質量大小的分析天平和準確計量溶液體積大小的玻璃器皿移液管(吸量管)、容量瓶、滴定管三種。
教學設計與實施 為了在定量分析中達到“準”,教學中先從一般儀器如燒杯、三角燒瓶、量桶等玻璃儀器的用途說起。該類儀器計量上是大致的,但使用過程中不應引入新的雜質而產生誤差,這就包括玻璃儀器的洗滌方法的教學。其次在準確計量溶液體積大小的玻璃器皿移液管(吸量管)、容量瓶、滴定管的教學中,一要把握儀器的洗滌;二要把握保證容量儀器的計量準確,即該三種容量儀器的校正方法;三要把握儀器使用過程中試液濃度的變化,包括移液管(吸量管)、滴定管洗滌后用試液置換潤洗的方法和滴定管、容量瓶檢漏方法。再者就是該三種儀器體積數字讀出有效數字正確位數。對于定量分析天平的教學,由于現代科技的發(fā)展,電子天平基本上已取代了機械砝碼光學天平和單盤精密天平。在電子天平的教學中把握電子天平與其他天平的顯著區(qū)別是電子天平是采用電磁力平衡原理,重量通過傳感器由電路最終通過數字顯示出來。要使稱量準確,電路必須預熱30分鐘以上才能達到穩(wěn)定狀態(tài)。再者就是稱量方法,突出減量稱量法的教學,學生能根據試樣的密度大小,由體積判斷質量的大小,減量操作應在三次達到所稱的質量范圍。
實驗室用水
知識要點 相應的國家標準規(guī)定了實驗室用水的質量,具有一定的級別,可視為用量最大的試劑。不同的分析方法有化學分析和儀器分析、常量分析和痕量分析等。為了達到“準”,要求使用不同級別的“分析實驗室用水”。
教學設計與實施 教學中先從實驗室用水的作用講起,實驗室用水包括玻璃器皿的洗滌、試劑的配制、溶液的稀釋等。要得到各種規(guī)格用途的水,分析中做到“準”,在水的使用過程中要求不在分析操作中引入新的雜質。實驗室用水必須要從源水中凈化制得,源水通常為自來水。首先說明自來水中成分的主要雜質(電解質、有機物、顆粒物質、微生物、溶解氣體),然后是如何凈化自來水(源水),即實驗室用水的制備,也就是實驗室用水純化方法,以及各種純化方法的比較。這里要交待實驗室用水的標準(規(guī)格)一、二、三級水及用途。
化學試劑
知識要點 定量分析實驗用試劑按作用主要分為兩大類:第一類為一般作用的試劑如調節(jié)酸度、分解試樣、沉淀劑等,第二類為對純度有嚴格要求的試劑如標準溶液的配制和標定的基準物質、常量分析用的分析純試劑、微量及痕量分析用的高純、光譜試劑等。
教學設計與實施 為了“準”,第一類試劑的使用原則是不應引入與試樣相同的成分以使試樣有效成分損失,第二類試劑則對于純度有更加嚴格的要求,教學中從試劑的用途到試劑的分類和規(guī)格,以及試劑的選用路線講述,同時強調試劑使用“就低不就高的原則”。
方法
知識要點 根據分析要求、分析對象、測定原理、試樣用量與待測成分含量的不同及工作性質等,分析方法可分為許多種類。如定性分析、定量分析和結構分析;化學分析和儀器分析;無機分析和有機分析;常量分析、半微量分析、微量分析和超微量分析;例行分析和仲裁分析等。
教學設計與實施 對于一定量的試樣選擇什么分析方法,教學中先舉例;如測定試樣中Ca2+的含量,怎樣測定?可用的方法有:(1)酸堿滴定法:Ca2+CaCO3Ca2+(加入過量HCl),以酚酞為指示劑,用NaOH標準溶液滴定過量HCl。(2)絡合滴法:
Ca2++H2Y2-CaY2-+2H+,在pH=10時,以鉻黑T為指示劑,用EDTA直接滴定Ca2+。(3)氧化還原滴定法:Ca2+CaC2O4Ca2+(加入強酸)+H2C2O4,用KMnO4滴定H2C2O4來間接測量Ca2+。
2MnO4-+5C2O2-4+16H+=2Mn2++10CO2+8H2O。
(4)重量分析法:Ca2+CaC2O4,經過濾、洗滌、干燥,用天平稱量CaC2O4,再換算為Ca2+;(5)如果是微量的試樣可選用儀器分析法。以上分析方法都可用,選用哪種方法?做到誤差最小而快速簡捷,這樣一一來講解各種分析方法的原理及優(yōu)缺點,教學效果會更加顯著。
操作
知識要點 定量分析的操作主要包括試樣的采取和制備、試樣的分解、重量分析基本操作、滴定分析基本操作、各種儀器設備的操作等,這部分內容著重是實踐教學。
教學設計與實施 教學中向學生說明為使分析結果準確無誤,操作過程中怎樣保證不引入新的雜質,又不會使待測物質損耗,化學反應完全,無副反應,化學計量點與滴定終點的重合等。再教學生各種分析方法的操作,如在硫代硫酸鈉標準溶液標定中反應分兩步進行:
1.第一步反應:
Cr2O2-7+6I-+14H+=2Cr3++3I2+7H2O
反應后產生定量的I2,加水稀釋后用硫代硫酸鈉標準溶液滴定;
2.第二步反應:
2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI
以淀粉為指示劑,當溶液變?yōu)榱辆G色即為終點。為什么反應進行時要加入過量的KI和H2SO4,反應后又要放置在暗處10分鐘?為什么第一步反應后,用Na2S2O3溶液滴定前要加入大量的水稀釋?為什么淀粉指示劑要在滴定終點前加入?為什么淀粉指示劑不能長久保存?為什么標定硫代硫酸鈉滴定中指示劑加入前要快滴慢搖,指示劑加入后要快搖慢滴?通過這個實例向學生一一講解上述問題。每種操作實驗應充分訓練。在操作中指導,在失敗中總結,培養(yǎng)學生每個實驗都能獨立完成,獨立思考,這樣會達到事半功倍的效果。分析化學是一門實踐性很強的學科,學習的目的就是為了應用,因此操作訓練這部分格外重要。高職實踐教學要求課時不少于總課時的50%,筆者的教學實踐操作占60%,很多操作要點都是在實驗過程中講解。
數據
知識要點 無論是數據的記錄、分析運算還是最終報出定量分析的結果,任何一個環(huán)節(jié)都離不開數據。因此,在實際工作中經常遇到兩方面的問題需要解決:一方面是怎樣記錄數據,哪些數據應保留、哪些應舍棄,運算得到的分析結果應保留幾位數字,多余的位數應怎樣處理;另一方面是怎樣評價分析結果,方法的準確度、精密度如何,誤差和偏差有多大。
教學設計與實施 教學中向學生講明我們有正確的分析方法及嚴格完善的操作過程,那怎樣記錄操作中分析天平和滴定管、移液管、容量瓶的數字呢?記錄幾位數?怎樣計算?計算結果取幾位有效數字?在定量分析工作中,我們經常做多次平行的測定,然后求出平均值。但多次分析的數據是否都參加平均值的計算,有的偏差較大,能否舍去?這就需要我們科學判斷。為解決這些問題,要求分析人員必須熟悉有關誤差的基本理論,掌握實驗數據的科學處理方法。這樣來講解定量分析中誤差的概念,有效數字及運算規(guī)則,分析結果數據處理等內容。
以上是筆者這些年在分析化學中教學的一點體會,從六個方面闡述了定量分析的教學。化學檢驗中還有分析試樣的采集與制備這個環(huán)節(jié),由于高職“分析化學”沒有涉及這方面內容,在此將不一一贅述。怎樣教好一門課?學者專家都有完善的論述和理論,但筆者認為教好一門課要用心去教,首先要讓學生了解該課程在所學專業(yè)中的地位和作用,本專業(yè)為什么開設該課程,學生怎樣學好這門課;其次是教師怎樣教好這門課,要把握這門課的精髓和靈魂所在,在分析化學定量分析教學中靈魂就是一個“準”字,也是這門課的精髓所在。按照這種教學思路和設計,在教學實施過程中取得了良好的教學效果,近三年我校應用化工技術專業(yè)畢業(yè)生參加國家職業(yè)技能鑒定中級化學檢驗工種通過率均為100%,在連續(xù)兩屆全國有色行業(yè)高職院校化學檢驗工技能大賽中取得了優(yōu)異的成績。
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關鍵詞 分析化學 教學改革 課程建設
中圖分類號:G424 文獻標識碼:A DOI:10.16400/ki.kjdkx.2016.06.068
Abstract Analytical Chemistry is a research material on the chemical composition and structure information of the chemical and chemistry, is the institutions of higher learning, one of the applied chemistry and materials chemistry and related professional required four professional foundation courses, is an important branch of chemistry, chemistry, chemical, biological, medicine production of essential important technology. Analysis of the current chemistry teaching definition and analytical chemistry curriculum content also with along with the social development and change, the starting from the analysis of the progress of chemistry and has the problems. Secondly, to analytical chemistry teaching idea, teaching content and teaching model reform are described. At last, the paper introduces the establishment of chemical analysis of the basic knowledge of the structure and the related courses.
Key words Analytical Chemistry; teaching reform; course construction
1 分析化學發(fā)展現狀及改善問題
社會經濟高速穩(wěn)步發(fā)展的同時我國教育事業(yè)也在持續(xù)上升,高等教育從以往嚴格的選拔所產生的精英教育模式逐漸轉變?yōu)榇蟊娮约旱慕逃7治龌瘜W作為多種專業(yè)的基礎課同樣有著極高的實用價值,廣泛地應用于地質普查,礦產勘查、冶金、化學工業(yè)、臨床化驗、商品檢驗、考古分析以及法醫(yī)刑偵鑒定等領域,同時也為人類物質文明做出了重要貢獻。而在經典的分析化學內容以上慢慢導入現在分析化學思維形式,與以往的分析化學穿插研討,使得分析化學的發(fā)展更進一步。如此,分析化學的本身含有內容將以更現代獨特的方式所呈現,另外,可以將一些傳統內容融入到分析化學新進步中,適宜增添完善的優(yōu)秀分析技術和機器設備分析方法,這樣分析化學得以加快抵達于生產一線。對于分析化學這門逐漸出現新技能新方法的學科來說,其實質就是不斷改制革新,而對于教師除去自身濃厚的分析化學知識功底與實驗經驗,還得繼續(xù)學習有關分析化學的其余知識,所以教師應當不時更新自己的分析化學知識構造,這樣在分析化學課程中才能發(fā)揮好主導作用,才能組織帶領學生主動加入到分析化學的教學活動中,從而率領學生朝未來奔進。①
2 分析化學教學的具體改革
2.1 教學內容的改革
現在各大學校分析化學這門學科多數是大量書中內容,學習時間卻不夠用,這給分析化學的教學帶來了不小難度,如果按照分析化學教材中的章節(jié)排序內容授課,在學生正常在校時日內是很難完成書中教學內容的。所以,對于不同專業(yè)而言應當造就學生的自主創(chuàng)新化,同時對于分析化學的教學內容需要實施相對應的改革和安排。對于不相同的專業(yè)需要有相關調度,分別有各自教學的著重點,比如以藥物分析這個專業(yè)來說,著重點應該放在滴定分析實踐中對一些藥物分析應用的介紹,同時指引學生翻閱查對一些藥物分析是否符合國家標準,使學生體會認識到分析化學在現在試驗中的詳細運用,提升學生的試驗技能以及自身的創(chuàng)造力。教學內容的改革是教學改革的宗旨之一,所以在分析化學的教學中應當改進各個專業(yè)的教學內容凹顯其專業(yè)性和實用價值,突出不同專業(yè)的重點與特點,也要避免教學內容的重復性甚至與教學內容不相銜接,使教學內容達到全面優(yōu)化,注重傳授基礎知識和技術培養(yǎng)的同時也要重視現代知識及有關科學技術的植入,做到在規(guī)定時間范圍內結束書本所有內容的講授,也做到對培養(yǎng)學生實踐運用能力的重視。
2.2 教學模式的改革
教學模式的逐步創(chuàng)新以及科學技術的飛速發(fā)展,帶動了分析化學教學的變革與更新,應逐漸適應這種調整。而按照分析化學課程的特點,可以進行分別的課類組織教學,關于基礎意義的內容關鍵以講解傳授的方式進行,教師在教學過程中要做到實行針對某些內容細節(jié)深入的講解,加以恰當的實踐運用,讓學生能動地認識客觀世界及改造客觀世界。分析化學教學中,教師需要善于引導學生,而不是一味地灌輸書中內容。教授的內容達到言有盡而意無窮的作用,引導啟示學生感知事物本質的能力,在學習當中主動獲得知識。在分析化學教學過程中教師可以利用相關習題鞏固學生所學知識,此外還能組織學生開展討論課,比如在教師在教授某一章內容時,融合教材中所需要思考的問題,安排學生分小組進行討論,得出問題的實際解答方案。比如在對金屬離子進行測定時,介于滴定的影響因素較多,可以讓學生盡量發(fā)表各自的意見,在討論的過程中可以讓學生分別寫出通過實踐得到的分析結果,將每個人的答案依次作比較,讓學生充分認識到問題的解答以及自身對于分析化學知識了解的不足,而這種教學模式對學生而言,對本章分析化學知識內容的理解將更加透徹,所學知識也將全面提高,對相關知識內容的掌握更牢固。總之教學模式的改革對原本的分析化學教學進行了一次升級,讓學生在課本學習中帶著問題加以實踐運用,提高對學習的興趣以及給他們一個可以造就創(chuàng)新力的學習氣氛。
2.3 教學方式的改革
教學中需要培養(yǎng)的是學生主動學習以及對學習過程中的創(chuàng)新能力,那不得不打破傳統的教學方式。學生對枯燥的理論知識往往是不感興趣的,若是教師在分析化學教授整個過程中采用的是將全篇知識內容灌輸給學生的方式,單一地將每章知識內容傳授給學生,這將打擊學生學習積極性。在課堂中學生是主體,教師則是在課堂中主導學生對問題進行分析和提高化解難題的能力。而在教學過程中恰當地引進事例案件是個不錯的有效方法,在引進事例案件后師生共同參與,帶動學生對問題的思考,對知識的理解加深印象,鼓勵學生學習。課堂中引進事例案件融合分析化學知識重點帶動學生學習,引用事例案件學習的前提是擁有豐富的事例案件教學資源,建立一個專門教學的案例庫。而老師在設立案例庫時要根據教學指標的要求及課堂教學的重要難點,不能高于學生接受水平和知識能力,同時具有教育作用,而教師選擇的事例案件應該具備針對性,可以作為分析化學某章知識內容及理論的典范,既能直接運用也適用于多個方面,且選擇的事例案件要擁有相對更高的發(fā)展程度,遍布分析化學在不同區(qū)域的運用,讓學生深入認識了解到分析化學的的理論,把握知識重點。此外要注意的是對事例案件的精確選擇要掌握好,在事例案件的收羅中應該尊重事實,切勿列入自身假設,要從各個來源證實事例案件的真實性,堅決不能采用不正確的事例案件錯誤引導學生,考慮到分析化學屬于動態(tài)創(chuàng)新的科目,選用事例案件要注意其現代性要具備當代特色,以及適時整治更新案例庫。在事例案件融入到分析化學教學過程中,最關鍵的是案例選擇是否得當,這影響到教學能否成功,根據教學知識內容去選擇運用事例案件,它的內容和結構都要和分析化學教學內容有關,按照從淺到深,逐步深奧的方式。教授新內容知識時,運用簡易的事例案件融合新講授內容,引導學生進行思考,通過對事例案件的深入分析,安排學生總結主要知識內容,教育學生學以致用的宗旨。②
2.4 采取先進的教學手段及營造良好的氛圍
以往采用板書為主教學方式在講授一些測量方法是會有所限制,教師可以先利用多媒體將測量過程演示出來,而后結合分析化學基本理論為學生講解,最后安排學生進行實踐運用,遇到學生不懂的地方教師可以把演示與理論具體聯系起來為學生解答,這樣學生對新知識點的獲取充滿樂趣,還能熟悉某些儀器的使用步驟,把握試劑的常用規(guī)格,形成日后良好的實驗作風。
打造一個輕松的教學氛圍也是創(chuàng)建一個自然平等的教學環(huán)境。想要取得成功的教學效果這與教學環(huán)境有著千絲萬縷的關系,身處在這個環(huán)境中不是誰聽誰的單方面發(fā)聲,應是容許學生對老師的觀點提出異議,準許學生間的討論,而師生間同樣需要相互之間的交流。這使課堂上過于拘謹的氣氛得以調節(jié),有效減少學生與老師之間的感情距離,這種氛圍下學生發(fā)現問題才敢勇于提出和渴求解決問題,其創(chuàng)新能力也將得到最大發(fā)揮。
3分析化學知識結構及課程設置
3.1 分析化學的知識結構
關于分析化學的知識結構,具有代表性為西方化學會聯合會所推薦的《歐洲分析化學教學大綱》,這也是大家公認的大體綱要。主要分為四大塊:總論;化學分析法;物理分析法;計算機分析化學(化學計量學為其主體內容)。分析化學委員會所提出的教育核心內容被稱為分析化學的四大支柱。其為:色譜學、波普學、傳感器、化學計量學,其中包括計算機分析化學,這四大支柱的基礎理論應當列為第二層次的分析化學二級學科共有的基礎理論,這是所有學化學分析的人都必須要掌握的。③
3.2 分析化學課程建設
教材建設對于課程建設而言是相當重要的,它是教學內容及教學思想的首要平臺,同時也為提升教學質量起到保障作用。課程建設組教師可以參編具有系統性和完整性的有關教材,既適合教師用于課堂實驗指導,又能作為學生課外自學的學生用書。此外,課程網站也是課程建設的重要組成,為教師與學生提供教學及互動的平臺,課程組修改定制和改善的教學大綱及課件等所有教學資料內容都在網上開放。建設網絡教室并且通過聊天軟件與學生進行溝通交流。課程建設的特點要展現出教學網站內容的豐富且方便使用,使它得到廣大學生的喜愛。課程建設中最后一個環(huán)節(jié)為試題庫,其包括教師著重講解的知識點及課程特色等方面完成試題庫的建設。
4結束語
綜以上述,我國在分析化學教學中的改革實踐進一步完善,相對于以往的被動學習狀態(tài),學生逐漸轉化為積極自覺去學習,不僅增添了他們學習的主動性,還提高了他們分析問題及解決問題的能力,而我國教學質量等方面也得到進一步發(fā)展,受到學生的認同和歡迎。另外,在日后的分析化學教學中還要做到進一步深入強化教育思想理念,全面探討和改革教育模式、教育內容及教育方法等方面,從而使學生的創(chuàng)新能力及素質得到提高。
注釋
① 黃昊文.分析化學課程教學改革與實踐探析[J].當代教育理論與實踐,2011.3(3):42-44.
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關鍵詞:高考;試題評析;教學啟示
文章編號:1005–6629(2014)1–0074–02 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B
題目:2013高考新課標[28.(5)]二甲醚直接燃料電池具有啟動快、效率高等優(yōu)點,其能量密度高于甲醇直接燃料電池(5.93 kW·h·kg-1)。若電解質為酸性,二甲醚直接燃料電池的負極反應為 ,1個二甲醚分子經過電化學氧化,可以產生 個e-的電量;該電池的理論輸出電壓為1.20 V,能量密度E= (列式計算。能量密度=電池輸出電能/燃料質量,l kW·h=3.6×106 J)。
1 命題意圖分析
試題考查原電池電極方程式的書寫、化學計量在化學實驗中的應用以及物理學中的電學知識等等,命題思路新穎,體現了新課標的教學要求,是一道化學學科與物理學科綜合的經典案例。目前全國各地的高考理綜試卷,絕大部分試卷是將理、化、生簡單的拼卷,規(guī)定考生在150分鐘內完成,沒有實質上的綜合。從簡單的理化生拼卷到實質上的綜合,這才是今后全國各地高考理綜考試卷發(fā)展的必經之路[1]。
電池的能量密度源于化學選修4課本第75頁,教材介紹了電池優(yōu)劣的判斷標準:單位質量或單位體積的電池所儲存的能量多少,叫能量密度即比能量;單位質量或單位體積的電池所輸出功率的多少,叫功率密度即比功率。它們的計算公式分別為:比能量=電壓×電流×該狀態(tài)下所能持續(xù)放電的時間/體積(或質量)、比功率=最大放電電流×該狀態(tài)下所能持續(xù)放電的時間/質量(或體積)。
例如5號鎳鎘電池的額定電壓為1.2 V,其容量為800 mAh,則其能量為0.96 Wh(1.2 V×0.8 Ah)。同樣尺寸的5號鋰-二氧化錳電池的額定電壓為3 V,其容量為1200 mAh,則其能量為3.6 Wh。這兩種電池的體積是相同的,因此鋰-二氧化錳電池的比能量是鎳鎘電池的3.75倍。
2 試題解析
由題給的直接燃料電池的能量密度的計算公式和甲醇直接燃料電池的能量密度(5.93 kW·h·kg-1)得知,試題中二甲醚直接燃料電池的能量密度的計算只要計算出1 kg二甲醚輸出的電能即可。
若電解質為酸性介質如H2SO4溶液,燃燒產物CO2不會被稀H2SO4吸收,二甲醚直接燃料電池的負極發(fā)生氧化反應,反應的電極方程式為:CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+,顯然1個二甲醚分子經過電化學氧化,可以產生12個e-的電量;
1 kg二甲醚的物質的量n=1000/46 mol,可以產生的1000/46×12×6.02×1023個e-的電量,1個e-的電量為1.602×10-19 C。
1 kg二甲醚輸出的電能:W=UIt=Uq=1.20×1000/46×12×6.02×1023×1.602×10-19 J
=3.02×107 J
=3.02×107/3.6×106(kW·h)
=8.39 kW·h
二甲醚直接燃料電池能量密度或比能量E=8.39 kW·h·kg-1
用同樣的方法,通過列式計算求出甲醇直接燃料電池的理論輸出電壓是多少?
若電解質為酸性,甲醇直接燃料電池的負極電極反應式為:
CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+,1個甲醇分子經過電化學氧化,可以轉移6個e-;
1 kg甲醇的物質的量n=1000/32 mol,可以轉移的1000/32×6×6.02×1023個e-的電量;
1個e-的電量是1.602×10-19 C,1 kg二甲醚輸出的電能:
W=UIt=Uq=U×1000/32×6×6.02×1023×1.602×10-19
=1.808×107 U
=1.808×107/3.6×106 U(kW·h·V-1)
=5.02 U(kW·h·V-1)
E=5.93 kW·h·kg-1=5.02 UkW·h·kg-1·V-1
U=1.18 V
若電解質為NaOH堿性溶液,甲醇直接燃料電池的負極反應為:CH3OH+8OH--6e-=CO3 2-+6H2O,同理也可算出理論輸出電壓是1.18 V;根據P=W/t,功率可以由電池輸出的電能換算得到,求出比功率。
3 教學啟示
在人教版教師用書中,幾乎沒有見到能量密度知識的介紹或拓展內容,教輔資料上幾乎看不到關于比能量、比功率等例題或試題,因此在新課標教學和高考復習時容易被師生忽視。
關注社會生產實際已成為中學化學教育的一個鮮明特征,新課程教材中更是將“化學與社會發(fā)展”內容列為一個重要的學習內容,因此在高考試題中已經或將要出現相應的以“化學、社會、生活及邊緣交叉科學”為情境的試題,筆者認為這是今后高考理綜試卷命題的“風向標”。因此,教師應該從新課程中挖掘關于“科學技術與社會發(fā)展”的元素,將化學知識的教學內容融入具體社會現象和解決現實社會問題之中,并適時地引導學生去尋找理化生交叉內容的潛在考點。